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液压元件/液力元件 |
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一种实现液压回路油压动态调节的装置 |
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作者：盐城市机床厂 夏一峰 |
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关键词 动态调节 步进电机 减压阀
0 引 言
在液压系统中，传统的调压回路只能使油路的工作压力不超过某一预先调好的数值或使油路中压力保持恒定。这种调压方式属静态调压，即调压须在系统工作之前进行。当液压回路在工作中，其工作压力要求随负荷大小而实时、快速精确地变化，即动态调节时，传统的调压回路就不能满足要求了，将步进电机和减压阀结合起来就可以实现油路油压的动态调节。
1 步进电机的特点
与普通电机不同，步进电机的转动是一步一步地进行的，每输入一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度。通过改变脉冲频率和数量，即可实现调速和控制转动的角位移大小，具有较高的定位精度，其最小步矩角可达0.75°。转动、停止、反转反应灵敏、可靠，在开环数控系统中得到了广泛的应用。
2 减压阀的特性
减压阀是一种用来降低液压系统中油压的压力控制阀。根据不同的需要，减压阀可将液压系统区分成不同压力的油路，以使不同的执行机构产生不同的工作力。另外，减压阀也可以用作稳定油路工作压力的调节装置，使油路压力不受油源压力变化以及其它阀门工作时引起压力波动的影响。
减压阀通常有三大类，即定压减压阀、定比减压阀和定差减压阀。其中只有定压减压阀的输出油压不受输入油压波动的影响而保持稳定。
3 步进电机与减压阀的联接
如图1所示，将减压阀的调节旋钮取下，装上一只小齿轮，然后使之与步进电机输出轴所装的齿轮相啮合，用支架将步进电机固定好，联接就算完成。
图1 步进电机与减压阀联接示意图
4 动态调压装置的工作原理
通常，调节减压阀的输出油压是通过人工转动减压阀上的调节旋钮来调节阀中压缩弹簧预紧力的大小而实现的。将步进电机和减压阀联接起来后，通过实时控制步进电机的转动角位移大小和转速来调节减压阀中压缩弹簧预紧力大小以及预紧力的变化速度，使减压阀的输出油压实现动态调节。必须指出的是，所用的减压阀必须是定压减压阀。
5 应用示例
如图2所示，F1为一固定载荷在AB(A，B为两个支承点)的中点至C点(C为可变载荷作用点)处作来回运动。为了使A点的负荷大小基本保持不变，需要在C点加一个可变力F2，F2由一液压油缸来提供。由于F2的值必须随F1位置的改变而改变，所以油缸的工作压力必须能动态调节。
图2 某系统受力简图
假设A点的负荷定为F1/4，那么当F1的位置在AB中点时，F2=(F1L1/2F1L1/4)/(L1+L2)；当F1运动至C点时，F2=〔F1(L1+L2)F1L1/4〕/(L1+L2)。设F1=1200N，L1=500mm，L2=120mm，运行速度最大为120m/min，油缸活塞的有效面积为3.14cm2，则F2的大小范围为240～960N，油压P的大小范围为0.8～3MPa。选用JFL10减压阀就可以满足要求。JFL10减压阀的有关数据如下：调压范围0.7～7MPa；调节旋钮的最大轴向位移量24mm；调节旋钮的螺杆螺距0.75mm；调节旋钮所能转动的圈数为32；调节旋钮每转一圈所能调节的压力为0.2MPa。
在上述的系统中，减压阀的调节旋钮在工作中所能转动的圈数至少为(30.8)/0.2=11(圈)，F1从AB中点移至C点所需的时间至少为(120+250)×60/(12×1000)=1.85(s)，调压旋钮的最大转速应大于11/1.85≈5.95(r/s)。设z1/z2为1，则步进电机的最大转速应大于5.95r/s。为了提高控制精度，宜选用小步距步进电机，选用步距为1.5°，则步进电机的最大转动频率应大于5.95×360°/1.5°=1427(步/s)，选用45BF33A型步进电机就能满足要求。45BF33A步进电机的主要技术数据为：相数3；步距3°/1.5°；电压60V；静态电流3A；静态力矩2mN*m；空载起动频率3000步/s。外形尺寸：总长53mm；机壳外径为45mm。
将步进电机与减压阀联接起来所组成的动态调压装置可用来解决数控车床全功能电动刀架在拖板上来回快速移动而影响加工精度的问题，效果良好。
由于弹簧的刚性数据有一定的发散性，所以同一型号的减压阀调节旋钮在同一位置时，其输出油压也有差异，因此每一套动态调压装置中步进电机的控制程序也应有所差异。
(end)
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(5/29/2004) |
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